我国古建筑砖结构的地震破坏形态、砌体试件的模拟分析和设计

论文摘要

结合古建筑砖塔,本文对砌体结构进行土木建筑工程抗震防灾技术的研究,属于国家自然基金资助项目(项目批准号:50978177)研究课题。为研究中国古建砖塔的抗震性能,对山西晋祠舍利生生塔进行了抗震性能分析,通过建立有限元模型,并对塔体结构施加等效水平地震侧力,得出了砖塔的主应力特征,并根据最大主拉应力强度理论进行了有限元地震受力精细化分析和整体断面受力理论公式计算。得出,塔体主拉破坏先于主压破坏,且破坏区域呈弯曲屈服型破坏模式,该屈服状态能够吸收较大的能量,同时能产生一定的变形而不致破坏,砖塔在底部区域产生水平裂缝,左右晃动,消耗地震能量,避免了结构的突然倒塌。通过建立模型,施加等效水平地震侧力,对都江堰奎光塔进行了有限元分析。得出,砖塔的主应力特征及主拉破坏先于主压破坏,破坏区域呈弯曲屈服模式,此种屈服模式要求其抗震受弯承载力储备系数ηM值小于抗震受剪承载力储存系数ηV值,即μ<1,使其弯曲承载力极限状态首先达到,避免结构的剪切脆性破坏屈服模式。基于古建筑砖塔破坏机理,研究了轴压比、高宽比对砌体抗震墙破坏形态的影响,分析结果表明,高宽对砌体抗震墙体的破坏形态影响较大,随着高宽比的增大,试件弯曲破坏越明显,其延性大大提高,设计高宽比合理的砌体抗震墙能表现出良好的抗震性能;轴压比对砌体抗震墙体破坏形态的影响比较显著,随着轴压比的增大,试件剪切破坏越明显,其脆性显著,轴压比的变化能影响砌体抗震墙的破坏形态。本文对砌体抗震墙试件进行了设计及抗震模拟试验分析,并对其不同阶段的破坏形态进行了研究,特别是对砖结构的破坏形态控制作了有益的探索。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 古建砖结构及其地震破坏特点
• 1.1 古代砖结构的建筑特点
• 1.2 古建筑砖结构破坏特点分析
• 1.3 古建砖塔结构抗震研究方法
• 1.3.1 数值计算方法
• 1.3.2 抗震计算的简便方法
• 1.3.3 现场测试方法
• 1.3.4 其它简化分析模型
• 1.4 古建砖结构的抗震优势
• 1.5 本文研究的目的和主要内容
• 第二章 砌体抗震墙有限元分析方法研究
• 2.1 有限元分析理论
• 2.1.1 砌体结构有限元模型的选择
• 2.1.2 非线性问题的求解策略
• 2.2 砌体的本构关系
• 2.3 砌体抗震墙的开裂与破坏
• 2.3.1 砌体的开裂与破坏理论
• 2.3.2 砌体开裂有限元表示方法
• 第三章 晋祠舍利生生塔整体结构的地震受力精细化分析及其承载力特点研究
• 3.1 结构概况
• 3.2 砖塔有限元模型及振动特性分析
• 3.2.1 舍利生生塔有限元模型的建立
• 3.2.2 模态分析
• 3.2.3 舍利生生塔模型评估
• 3.3 砖塔在等效水平地震侧力下的应力特征
• 3.4 砖塔结构的破坏特征分析
• 3.4.1 从有限元的主应力及材料强度分析砖塔结构的破坏特征
• 3.4.2 从截面内力及结构抗震承载力分析结构破坏形态
• 3.4.3 舍利生生塔非线性有限元分析
• 3.5 小结
• 第四章 都江堰奎光塔砖结构抗震破坏特征分析和抗震性能研究
• 4.1 结构概况
• 4.2 砖塔有限元模型及振动特性分析
• 4.2.1 奎光塔有限元模型的建立
• 4.2.2 模态分析
• 4.2.3 奎光塔模型评估
• 4.3 砖塔在X 向等效水平地震侧力下的应力特征
• 4.4 砖塔结构X 向的破坏特征分析
• 4.4.1 从有限元的主应力及材料强度分析砖塔结构的破坏特征
• 4.4.2 从截面内力及结构抗震承载力分析结构破坏形态
• 4.5 砖塔在Y 向等效水平地震侧力下的应力特征
• 4.6 砖塔Y 向结构的破坏特征分析
• 4.6.1 从有限元的主应力及材料强度分析砖塔结构的破坏特征
• 4.6.2 从截面内力及结构抗震承载力分析结构破坏形态
• 4.7 从砖塔结构非线性有限元研究结构的破坏形态
• 4.7.1 简化模型的建立
• 4.7.2 都江堰奎光塔非线性有限元分析
• 4.8 小结
• 第五章 一字型矩形截面及T 型截面砌体抗震墙体的试件设计及抗震模拟试验分析
• 5.1 引言
• 5.2 试件的设置
• 5.3 试件的荷载—位移曲线计算结果
• 5.3.1 荷载—位移曲线分析
• 5.3.2 砌体抗震墙特征点数值分析
• 5.4 砌体结构抗震墙体的破坏形态分析
• 5.4.1 砌体抗震墙不同阶段的开裂形式分析
• 5.4.2 高宽比对砌体抗震墙破坏特点的影响
• 5.4.3 轴压比对砌体抗震墙破坏形态的影响
• 5.5 T 型截面砌体抗震墙翼缘对墙体内力的影响
• 5.6 试件的设计
• 5.6.1 试件设计的目的
• 5.6.2 试件尺寸的设计
• 5.6.3 试件的制作
• 5.6.4 试件的加载方案
• 5.7 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文